Инженеры предложили весьма интересный способ исследовать мезосферу — слой атмосферы, где воздух слишком разрежен для авиации, но слишком плотен для космических аппаратов. Они хотят запустить туда измерительные приборы, которые будут долго оставаться на месте благодаря особой конструкции зондов.
На высотах 50-100 км над Землёй температура опускается до минус 150 °С. В расположенной выше термосфере солнечная радиация выбивает из атмосферных частиц электроны, нагревая их. Этот пограничный слой, где происходят эти процессы, называется мезосферой.
Именно там возникают светящиеся серебристые облака, которые можно увидеть после захода солнца. Исследователи изменений климата всё больше обращают на них внимание. Парадокс заключается в том, что когда на Земле становится теплее из-за парникового эффекта, в мезосфере происходит охлаждение.
Это связано с тем, что переизлученное тепло, попадая в мезосферу, не перехватывается другими молекулами и уходит в космос. Потепление на поверхности приводит к увеличению содержания водяного пара в мезосфере, который замерзает и образует самые высокие облака на Земле. Если эти облака часто замечают на низкой высоте, это тревожный знак для климатологов.
Мезосфера — самая малоизученная часть атмосферы, которую даже называют "игноросферой". Самолёту туда не подняться, а спутникам это слишком низко, так как частицы атмосферы будут тормозить их и быстро сведут с орбиты. Например, Международная космическая станция постоянно теряет высоту из-за атмосферного сопротивления, поэтому её регулярно поднимают с помощью двигателей.
Космические аппараты пытаются исследовать мезосферу с помощью зондов, таких как NASA AIM, который наблюдал за ней с высоты 600 км. Однако суборбитальные ракеты, которые могут попасть внутрь мезосферы, находятся там всего 15–20 мин. и собирают мало данных.
Учёные из США, Южной Кореи и Бразилии предложили новое решение. В своей статье они описали концепцию миниатюрных зондов, которые будут подниматься в мезосферу и оставаться там, возможно, много дней подряд, используя солнечный нагрев.
Датчики и средства связи будут закреплены на сверхтонкой и лёгкой мембране шириной шесть сантиметров. Под действием солнечного света она будет нагреваться, и мезосферные частицы, ближайшие к освещённой поверхности, будут отталкиваться от мембраны, приводя её в движение. Этот эффект называется фотофорезом, но в данном случае мембрана будет двигаться вниз.
Хитрость в том, что мембрану сделают перфорированной, то есть с отверстиями. Нагретые частицы будут поступать под мембрану, создавая давление, которое атмосфера будет компенсировать снизу, толкая конструкцию вверх.
Учёные успешно подняли такие диски с помощью лазера в вакуумной камере, имитирующей условия мезосферы. Мембраны были шириной около сантиметра и в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Они были сделаны из оксида алюминия, покрытого слоем хрома.
По расчётам, такие зонды можно будет запустить с высоты ≈50 км с помощью аэростата. Они будут подниматься весь световой день и спускаться после заката. Однако учёные надеются сделать их настолько лёгкими, чтобы они не падали на Землю за ночь, а с рассветом продолжали свой полёт по той же схеме.